JPS589823B2 - ブラシ材用Ｃｕ基焼結合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐摩耗性および耐溶着性をもち、
特に１０Ａ／ｃｍ２以上の大電流が流れる直流電機や交
流整流子機におけるブラシ材として使用するのに適した
Ｃｕ基焼結合金に関するものである。

従来、比較的大きな電流が流れるブラシ材の製造ニは、
Ｃｕ−Ｓｎ合金のベースメタルに潤滑剤としてカーボン
およびＰｂを含有させた、Ｓｎ：３〜１０％，Ｃ：５〜
１５％，Ｐｂ：ａ〜１０％、Ｃｕ：残り（以上重量％）
からなる一般的組成をもったＣｕ基焼結金が使用されて
いる。

この従来Ｃｕ基焼結合金製ブラシ材には、その使用条件
が比較的ゆるやかな場合には有用な特性を発揮するが、
大電流が流れると共に周速がきわめて速い条件で使用さ
れる場合には、ブラシ表面温度が高くなり、これには低
融点金属であるＰｂが含有されているためにブラシ材の
摩擦表面付近でＰｂの溶融が起り、この溶融Ｐｂが相手
材の金属に溶着する現象がしばしば発生した。

このように一度少量でも相手材にＰｂが溶着すると、こ
の相手材に溶着したＰｂが核となって使用中にさらにブ
ラシ材より溶融ｐｂをうばって次第に大きく成長し、し
かもこのｐｂ溶着時にＰｂと親和力の強いＣｕ−Ｓｎか
らなるブラシ材の素地メタルをも同時に巻き込むように
なる。

この溶着現象が特に大きくなると、ブラシ材は溶損して
使用不能に至り、これが使用寿命を大巾に短縮する原因
となっている。

また上記従来Ｃｕ基焼結合金製ブラシ材においては、人
体に対して有害なＰｂ粉がその製造時あるいは使用時に
原料粉あるいは摩耗粉として飛び散り、人体に悪影響を
及ぼしていた。

このようなことから、潤滑材としてＰｂに代ってＭｏ，
Ｗ，およびＦｅの硫化物を含有させたブラシ材用Ｃｕ基
焼結合金が提案されているが、このＣｕ基焼結合金にお
いては、その製造に際し、焼結工程の温度約７５０℃付
近で前記硫化物の一部が分解することから、その素地中
には前記硫化物より分解した金属が存在したものになっ
ているため、この金属が素地中に存在するＣｕ基焼結合
金を大電流が流れるブラシ材に適用した場合には、前記
金属が摩擦相手材を傷付けるばかりでな《、前記金属が
摩耗粉としてブラシ材より排出される時に摩擦境界に界
圧されてブラシ材表面と相手材表面との接触を妨げ、ス
パーク発生の原因ともなっていた。

本発明者等は、上述のような観点から、人体に対して悪
影響を及ぼすＰｂ成分や、相手材を損傷し、さらにスパ
ーク発生の原因ともなるＭｏ，ＷおよびＦｅの硫化物成
分を潤滑剤および耐摩剤として含有せず、しかも苛酷な
使用条件、特に１０Ａ／ｃｍ２以上の大電流が流れる使
用条件のもとでも、すぐれた耐摩耗性および耐溶着性を
示すブラシ材用Ｃｕ基焼結合金を得べく研究を行なった
結果、（ａ）Ｚｎ儲化物（ＺｎＳ）は、Ｍｏ硫化物およ
びＷ硫化物と同様にブラシ材における潤滑剤として最適
な六方晶の結晶系をもつと共に、高い分解温度および融
点（１８５０゜Ｃ）をもち、Ｐｂ成分のように低温で融
解することがない。

（ｂ）ＺｎＳ成分をＣｕ基焼結合金に含有させた場合、
その製造に際し、焼結過程で一部が分解して金属Ｚｎが
生成しても、前記金属Ｚｎは直ちに素地の金属と合金化
し、たとえ前記金属Ｚｎの少量力恰金化しないで残留し
たとしても、前記金属Ｚｎは軟かいためにＭｏ硫化物や
Ｗ硫化物の場合のように、相手材を損傷したり、スパー
クを発生させたりすることが全くない。

などの知見を得るに至ったのである。

したがって、この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、ブラシ材用Ｃｕ基焼結合金を、重量％で
、 Ｃ：５〜１５％、 Ｚｎ硫化物（ＺｎＳ）：１〜６％、 を含有し、 Ｓｎ：３〜１２％、 Ｚｎ：５〜１５％、 のうちの１種または２種を含有し、ただしＳｎおよびＺ
ｎを含有する場合には合量で３〜１８％含有し、 Ｃｕおよび不可避不純物：残り、 からなる組成で構成したことに特徴を有するものである
。

つぎに、この発明の合金において、成分組成範囲を上述
のように限定した理由を設明する。

（ａ）Ｃ Ｃは原料的に安価であると共に、ブラシ材における潤滑
剤および耐摩剤成分として非常に有用な作用をもつもの
であるが、その含有量が５％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方１５％を越えて含有させると、合
金強度が低下し、特に厳しい条件下で使用すると摩耗が
激しくなることから、その含有量を５〜１５％と定めた
。

（ｂ）ＺｎＳ ＺｎＳ成分には上記した作用があるが、その含有量が１
％未満では、上記作用による所望の効果が得られず、一
方６％を越えて含有させると、合金強度が低下し、ブラ
シ材として使用に供し得なくなることから、その含有量
を１〜６％と定めた。

（ｃ）ＳｎおよびＺｎ ＳｎおよびＺｎ成分には合金強度を向上させる作用があ
るが、その含有量がそれぞれＳｎ：３％未満およびＺｎ
：５％未満では所望の含有効果が得られず、一方Ｓｎ：
１２％およびＺｎ：１５％をそれぞれ越えて含有させる
と、合金融点が低くなって耐溶着性が劣化するようにな
ることから、ＳｎおよびＺｎをそれぞれ単独含有させる
場合の含有量を、Ｓｎ：３〜１２％，Ｚｎ：５〜１５％
と定めた。

さらにＳｎおよびＺｎを共含有させる場合には、単独含
有における場合と同一の理由で、その合量を３〜１８％
にしなければならない。

また、この発明の合金は、通常の粉末冶金法、すなわち
、原料粉末としてＣｕ粉末、Ｃ粉末、およびＺｎＳ粉末
、Ｓｎ粉末、ＣｕＳｎ合金粉末、Ｚｎ粉末、およびＣｕ
Ｚｎ粉末を使用し、Ｖ型あるいはダブルコーンのマーニ
ュートミキサーなどで混合し、３〜６ｔｏｎ／ｃｍ２の
圧力で成形し、６５０〜８００°Ｃの温度で焼結し、さ
らに、要に応じて１〜６ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でコイニ
ンダ処理して合金の強度および密度の向上をはかること
によって製造することができる。

ついで、この発明の合金を実施例により従来合金と対比
しながら説明する。

原料粉末として、それぞれ粒度１００メッシュ以下のＣ
ｕ粉末、Ｃ粉末、および７：３黄銅粉末、さらに同じ＜
２００メッシュ以下のＺｎＳ粉末、Ｓｎ粉末、およびＰ
ｂ粉末を使用し、第１表に示される配合成分組成をもつ
ように配合して混合し、前記混合粉末からそれぞれ４ｔ
ｏｎ／ｃｍ２の圧力で圧粉体を成形し、ついで前記圧粉
体を還元性雰囲気中、第１表に示されるそれぞれの焼結
温度に２０分間保持して焼結し、引続いて２ｔｏｎ／ｉ
の圧力でコイニング処理を施すことによって、実質的に
上記配合成分組成と同一の成分組成をもち、第１表に示
される密度および硬さをもった本発明合金１−１０およ
び従来合金１，２を製造した。

ついで、この結果得られた本発明合金１〜１０および従
来合金１，２に関して、ブラシ材特性を観察するために
第２表に示される条件にて試験ＡおよびＢを行なったが
、試験Ｂは試験Ａの終了後、そのままの組み合せで摺動
速度を変えるだけで続けて行ない、いずれの試験におい
ても試験状況と摩耗重量とを観察測定した。

この結果が第３表に示されている。

第３表に示される結果から明らかなように、Ｐｂ成分を
含有する従来合金に比して、本発明合金は、Ａ試験にお
いて約１／６〜１／１４，Ｂ試験においても約１／４−
１／６の摩耗減量しか示さず、著しくすぐれた耐摩耗性
を示し、また試験状況の観察においても本発明合金の相
手材に及ぼす悪影響はほとんど皆無で、本発明合金はす
ぐれた耐溶着性を示すのに対して、従来合金は、特に摺
動速度の速いＢ試験において、火花発生や相手材への溶
着が著しく、試験中心のやむなきに至るほどのきわめて
悪い耐溶着性を示した。

上述のように、この発明の合金はすぐれた耐摩耗性およ
び耐溶着性をもつので、特に１０Ａ／ｃｍ２以上の大電
流が流れ、しかも周速が速い厳しい条件下で使用される
ブラシ材の製造に適するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：５〜１５％、 Ｚｎ硫化物（ＺｎＳ）：１〜６％、 を含有し、さらに、 Ｓｎ：３〜１２％、 Ｚｎ：５〜１５％、 のうちの１種または２種を含有し、ただしＳｎおよびＺ
   ｎを含有する場合には含量で３〜１８％、Ｃｕおよび不
   可避不純物：残り、 （以上重量％）からなることを特徴とするブラシ材用Ｃ
   ｕ基焼結合金。